更好的混合可加快关键化学品的反应速度

将奶油倒入咖啡中会产生漩涡，其漩涡之势堪比木星的风暴。但勺子一碰，所有黑色和棕褐色的混乱就化为光滑均匀的棕色。事实证明，这种混合过程涉及很多方面。首先，工业依靠强大的混合工艺来制造各种物质产品——例如，几乎所有人们在办公椅上接触到的东西。

但许多包括混合的工业过程也包括将流体强行挤过堆积的谷物床，这不像搅拌一杯咖啡，更像是煮意式浓缩咖啡。塑料和化学品制造依赖于这种方法，某些形式的碳捕获和环境修复也是如此。

问题在于，像咖啡杯中那样的混合需要相对较大的体积，湍流会混乱地将一种流体拉开，并使其与另一种流体混合。

填料床中谷物的几何形状(就像浓缩咖啡机中压实的咖啡渣一样)可最大限度地增加表面接触，从而推动重要的化学反应，但谷物之间的微小空间(称为孔隙)无法提供足够的体积来产生湍流，从而使混合流体变得更加困难。

现在，普林斯顿工程学院的研究人员找到了一种在多孔环境中模拟湍流混合的方法，即在其中一种液体中加入弹性聚合物，这些聚合物可以在微观尺度上拉伸和回弹。研究人员称，这种弹簧作用如果调整得当，会将每个孔隙变成一个杯子状的体积，从而可以进行快速混合。

混合是决定生产许多重要产品的化学反应速率的关键因素。研究人员表示，最终，新技术可将反应速率提高 10 倍。

该项研究于7 月 9 日发表在美国科学院院刊上，由普林斯顿大学化学与生物工程系研究生克里斯托弗·布朗 (Christopher Browne) 领导，并由化学与生物工程副教授苏吉特·达塔 (Sujit Datta) 担任顾问。

布朗在研究生学习的第一年就开始研究这些系统，但创造研究混合的条件使他需要解决一系列相关问题——聚合物在液体从一个孔隙移动到另一个孔隙时对液体有何影响，以及如何调整这些复杂流体以受控、可预测的方式运行。

这项研究产生了大量的成果，其中几篇论文发表在主要期刊上。布朗在完成博士学位时才刚刚开始重新考虑更广泛的混合问题。他说，虽然很难把这些问题放在一边，但他认为达塔实验室的其他人会接手各种线索，理清它们是如何结合在一起的。

然后，机缘巧合的是，几个月后，他得到了回来担任为期六个月的博士后职位的机会，在此期间他完成了这项顶点研究。

“我很幸运有机会搬回来，”布朗说。他说，在完成博士学位时，他和达塔“不知道”如何从一系列松散的线索和有趣的数据中证明这项技术可以提高反应速度。

“我认为，不去想这件事的那一点点时间让我们有时间抽身而出，用全新的视角回过头来思考如何将化学反应形象化。”

Browne 和 Datta 在这项研究中使用的聚合物很常见，化学性质与尿布中使用的吸收材料相似。他们表示，有各种各样的材料可以用于类似目的，只需调整每种聚合物和液体即可满足特定需求。

达塔表示，尽管科学家和工程师几十年来一直试图通过改变填料床中颗粒的几何形状来解决这一问题，但这种方法的规模成本很高，而且在许多情况下(例如在地下水含水层中)，根本无法实现。

该新技术依靠常见的聚合物来产生混沌混合，不仅在材料上简单、数学上优雅，而且在各种多孔环境中都具有稳定性。

“从纯粹的美学角度来看，它非常漂亮，”他说。“但除了它是一种很酷的现象，可以用于流体力学研究，并教授很多流体力学知识之外，我真的相信我们可以用它来解决真正的工程问题，比如提高重要化学品的生产效率。

达塔表示：“这是一种完全不同的方法，具有更强的可扩展性和可行性。”

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！